NTC 热敏电阻测温实战：电路设计与代码实现详解

公式说明：

• T：待求温度（K）
• T0：参考温度（K），通常取 25°C = 298.15K
• R：当前温度下的 NTC 阻值
• R0：参考温度下的 NTC 阻值（即 R25）
• B：材料常数

计算步骤：

1. 由 ADC 电压算出当前 NTC 阻值 R_ntc。
2. 代入公式 1/T = 1/T0 + (1/B) * ln(R_ntc / R0)。
3. 解出 T（开尔文），减去 273.15 得到摄氏度。

四、STM32 HAL 库实现

下面给出基于 STM32 HAL 库的 C 语言实现示例。注意代码中的滤波处理和浮点运算优化。

#include "temp.h"
#include "stdio.h"
#include "math.h"
#include "oled.h"

// NTC 参数配置
#define NTC_BETA      3450.0f   // NTC 热敏系数 (B25/85)
#define NTC_R25       10000.0f  // 25℃时 NTC 阻值 (Ω)
#define PULLDOWN_RESISTOR 50000.0f // 下拉电阻 R2 值 (Ω)

/**
 * @brief ADC 初始化函数
 * @note 执行校准并启动转换
 */
void ADC_Init(void)
{
    HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
}

/**
 * @brief 中值滤波函数
 * @note 采集 N 次数据，排序后返回中值，抑制脉冲干扰
 */
int getMiddleValue(ADC_HandleTypeDef *hadc, int N)
{
    int value_buf[N];
    int i, j, k, temp;

    for(i = 0; i < N; i++)
    {
        HAL_ADC_PollForConversion(hadc, HAL_MAX_DELAY);
        value_buf[i] = HAL_ADC_GetValue(hadc);
    }

    // 冒泡排序
    for(j = 0; j < N-1; j++)
    {
        for(k = 0; k < N-1-j; k++)
        {
            if(value_buf[k] > value_buf[k+1])
            {
                temp = value_buf[k];
                value_buf[k] = value_buf[k+1];
                value_buf[k+1] = temp;
            }
        }
    }
    return value_buf[(N-1)/2];
}

/**
 * @brief 计算 NTC 电阻值
 * @note 根据分压原理反推阻值
 */
float calculate_ntc_resistance(float voltage)
{
    // 电路：3.3V → NTC → ADC 点 → R8(50k) → GND
    // 公式：R_NTC = (Vcc * R2 / Vadc) - R2
    return (3.3f * PULLDOWN_RESISTOR / voltage) - PULLDOWN_RESISTOR;
}

/**
 * @brief 温度计算函数
 * @note 使用 Steinhart-Hart 简化方程
 */
float calculate_temperature(float resistance)
{
    if(resistance <= 0) return -999.0f;

    const float T0_K = 273.15f + 25.0f; // 298.15K
    
    // 计算 ln(R/R0)
    float ln_ratio = logf(resistance / NTC_R25);
    
    // 计算 1/T = 1/T0 + (1/B) * ln(R/R0)
    float reciprocal_temp = 1.0f/T0_K + (1.0f/NTC_BETA) * ln_ratio;
    
    // 计算 T = 1 / (1/T)
    float temp_k = 1.0f / reciprocal_temp;
    
    // 转换为摄氏度
    return temp_k - 273.15f;
}

// 全局变量
int ntc_value = 0;
float ntc_voltage = 0.0f;
float ntc_resistance = 0.0f;
float temperature = 0.0f;
char displayStr[16];

/**
 * @brief 温度处理主函数
 * @note 采集、计算并显示
 */
void temperature_proc(void)
{
    // 1. 采集 ADC 原始值（带中值滤波）
    ntc_value = getMiddleValue(&hadc1, 7);
    
    // 2. 转换成电压值 (假设 12bit ADC, 3.3V 参考)
    ntc_voltage = (ntc_value / 4095.0f) * 3.3f;
    
    // 3. 计算 NTC 电阻值
    ntc_resistance = calculate_ntc_resistance(ntc_voltage);
    
    // 4. 计算温度
    temperature = calculate_temperature(ntc_resistance);
    
    // 5. 显示结果
    sprintf(displayStr, "T:%.1fC", temperature);
    OLED_ShowString(0, 1, displayStr);
}

五、总结与优化建议

整个测温链路可以概括为：温度变化 -> NTC 阻值变化 -> 分压电压变化 -> ADC 采样 -> 公式计算 -> 温度输出。

在实际工程中，有几个细节值得注意：

1. 硬件稳定性：确保 Vcc 稳定，下拉电阻选用高精度（如 1%）金属膜电阻。
2. 参数准确性：务必确认 B 值和 R25 与实际器件一致，不同批次可能存在偏差。
3. 软件滤波：ADC 采样容易受噪声影响，中值滤波或滑动平均能有效提升稳定性。
4. 精度校准：若对精度要求高，建议进行两点校准（如冰水混合物和沸水），消除系统误差。

这套方案兼顾了成本与精度，适合大多数嵌入式温控场景。